高頻電路基礎

高頻電路基礎第一節(jié)高頻電路中的元器件線性（無源元件）：電感線圈、電容器和電阻器，構成振蕩回路和濾波器等線性電路非線性（有源器件）：二極管、晶體管和集成電路元器件非線性器件線性應用：小信號放大器非線性應用：大功率放大器、振蕩器、調制、解調第2頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、高頻電路中的元件1.高頻電阻（1）常用的電阻：金屬膜電阻、碳膜電阻、線繞電阻（2）主要參數：電阻值、額定功率和穩(wěn)定性電阻值：高頻時電阻值將增加；額定功率：在正常工作狀態(tài)下電阻器容許消耗的功率；

穩(wěn)定性：電阻器的工作條件變化時（eg.溫度升高或降低），其電阻值的變換應在容許的范圍內。第3頁,共110頁，2024年2月25日，星期天金屬膜電阻線繞電阻碳膜電阻貼片電阻第4頁,共110頁，2024年2月25日，星期天（3）電阻的高頻特性

圖2-1電阻的高頻等效電路電抗特性分布電容引線電感：頻率越高，感抗越大一個電阻R的高頻等效電路如圖2-1所示,其中,CR為分布電容,LR為引線電感,R為電阻。第5頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.高頻電容（1）主要參數：電容量、工作電壓、損耗角、品質因數、SRF

在高頻電子線路中所用的電容器的電容量從幾個皮法到幾百微法。工作電壓：在很長時間內工作（eg.10000小時以上），電容兩端可以承受的最大電壓。損耗角

：電流超前電壓的相角與90°之間的差值，決定電容器品質的優(yōu)劣。理想=？品質因數QC：理想QC=?第6頁,共110頁，2024年2月25日，星期天(2)高頻特性

由介質隔開的兩導體即構成電容。一個電容器的等效電路如圖2-2（a）所示。理想電容器的阻抗1/(jωC),如圖2-2（b）虛線所示,其中,f為工作頻率,ω=2πf。

圖2—2電容器的高頻等效電路(a)電容器的等效電路;（b）電容器的阻抗特性

f<SRF,容性f>SRF,感性第7頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3高頻電感（1）主要參數：電感量、分布電容、損耗、品質因數、SRF損耗：主要指交流電阻，用品質因數Q表征;品質因數Q：高頻電感的感抗與其串聯的損耗電阻之比。隨頻率的升高而下降。（2）高頻特性：f<SRF,感性f>SRF,容性

圖2-3高頻電感器的自身諧振頻率SRF第8頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)高頻電路中的基本電路1.選頻的基本概念所謂選頻就是選出需要的頻率分量并且濾除不需要的頻率分量。2.選頻網絡的分類簡單振蕩回路耦合振蕩回路振蕩回路（由L、C組成）各種濾波器石英晶體諧振器陶瓷濾波器聲表面波濾波器抽頭并聯振蕩回路第9頁,共110頁，2024年2月25日，星期天選頻網絡在本課程的用途●前端選擇性電路●高頻小信號放大器負載●中頻放大器負載●高頻功率放大器負載●混頻器負載●正弦波振蕩器回路●調制電路負載第10頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、高頻振蕩回路

1.簡單振蕩回路概述諧振及諧振條件諧振特性能量關系諧振曲線和通頻帶信號源內阻及負載對串聯諧振回路的影響串聯振蕩回路并聯振蕩回路第11頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

●由電感線圈和電容器組成的單個振蕩電路，稱為簡單振蕩回路。信號源與電容和電感串接，就構成串聯振蕩回路。

●串聯振蕩回路的阻抗在某一特定頻率上具有最小值，而偏離這個特定頻率的時候阻抗將迅速增大。單振蕩回路的這種特性稱為諧振特性，這個特定頻率就叫做諧振頻率?！裰C振回路具有選頻和濾波作用。串聯振蕩回路——概述第12頁,共110頁，2024年2月25日，星期天串聯振蕩回路——諧振及諧振條件1.阻抗

當時達到最大第13頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

當

0時,|Z|>R，

>

0

，X>0呈感性，電流滯后電壓，

>0

<

0，X<0呈容性，電流超前電壓，

<0

=

0|Z|=RX=0達到串聯諧振。當回路諧振時的感抗或容抗，稱之為特性阻抗。用

表示第14頁,共110頁，2024年2月25日，星期天串聯振蕩回路——諧振特性1)2)諧振時電流最大且與電壓源同相3)第15頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2、諧振頻率f0若則

當，為最大值，此時回路發(fā)生串聯諧振，稱使的信號頻率為諧振頻率以

o表示，即所以

因此也稱x=oL–為串聯諧振回路的諧振條件。第16頁,共110頁，2024年2月25日，星期天%%%%

3.品質因數Q

諧振時回路感抗值（或容抗值）與回路電阻R的比值稱為回路的品質因數，以Q表示，它表示回路損耗的大小。

當諧振時：

因此串聯諧振時，電感L和電容C上的電壓達到最大值且為輸入信號電壓的Q倍，故串聯諧振也稱為電壓諧振。因此，必須預先注意回路元件的耐壓問題。第17頁,共110頁，2024年2月25日，星期天結論：①電感線圈與電容器兩端的電壓模值相等，且等于外加電壓的Q倍。②Q值一般可以達到幾十或者幾百，故電容或者電感兩端的電壓可以是信號電壓的幾十或者幾百倍，稱為電壓諧振，在實際應用的時候要加以注意。③串聯諧振時電路中的電流或者電壓可以繪成向量圖。注意：損耗電阻是包含在R中的，所以故：超前的角度小于O第18頁,共110頁，2024年2月25日，星期天4.廣義失諧系數

：

廣義失諧是表示回路失諧大小的量，其定義為：

當

0即失諧不大時：

當諧振時：

=0。第19頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

串聯單振蕩回路由電感線圈（包括其損耗電阻）和電容器構成，電抗元件電感和電容不消耗外加電動勢的能量，電路進入穩(wěn)定狀態(tài)后，二者只儲存和交換能量，消耗能量的只有損耗電阻。串聯振蕩回路——能量關系

W是一個不隨時間變化的常數。這說明回路中儲存的能量是不變的，只是在線圈與電容器之間相互轉換。且電抗元件不消耗外加電動勢的能量，外加電動勢只提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩。所以回路諧振時電流最大。第20頁,共110頁，2024年2月25日，星期天結論：①電感上儲存的瞬時能量的最大值與電容上儲存的瞬時能量的最大值相等。②能量W是一個不隨著時間變化的常數，這說明整個回路中儲存的能量保持不變，只是在線圈和電容器之間相互轉換，電抗元件不消耗外加電源的能量。③外加電源只是提供回路電阻所消耗的能量，以維持回路的等幅振蕩，諧振時振蕩器回路中的電流最大。第21頁,共110頁，2024年2月25日，星期天串聯振蕩回路——諧振曲線和通頻帶

串聯諧振回路中電流幅值與外加電動勢頻率之間的關系曲線稱為諧振曲線。可用N(f)表示諧振曲線的函數。Q值不同即損耗R不同時，對曲線有很大影響，Q值大曲線尖銳，選擇性好，Q值小曲線鈍，通帶寬。第22頁,共110頁，2024年2月25日，星期天通頻帶定義:回路外加電壓的幅值不變時，改變頻率，回路電流I下降到Io的時所對應的頻率范圍稱為諧振回路的通頻帶,用B表示:

當時

而所以也可用線頻率f0表示，即

第23頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

通常把沒有接入信號源內阻和負載電阻時回路本身的Q值叫做無載Q（空載Q值）如式

串聯振蕩回路——信號源內阻及負載對串聯諧振回路的影響其中R為回路本身的損耗，RS為信號源內阻，RL為負載通常把接有信號源內阻和負載電阻時回路的Q值叫做有載QL,

如式第24頁,共110頁，2024年2月25日，星期天結論：

串聯諧振回路通常適用于信號源內阻Rs很小(恒壓源）和負載電阻RL也不大的情況。第25頁,共110頁，2024年2月25日，星期天并聯諧振回路

概述

諧振條件

諧振特性

諧振曲線、相頻特性和通頻帶

信號源內阻和負載電阻對并聯諧振回路的影響第26頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

對于信號源內阻和負載比較大的情況，宜采用并聯諧振回路。結構：電感線圈L、電容C、外加信號源相互并聯的振蕩回路。其中由于外加信號源內阻很大，為了分析方便，采用恒流源。并聯振蕩回路——概述第27頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

1.

回路阻抗由圖可知，并聯諧振回路的阻抗為一般

L

>>R

Is

C

L

+

–

R

Vo

第28頁,共110頁，2024年2月25日，星期天諧振時的阻抗特性：因此回路諧振時：并聯振蕩回路——諧振條件第29頁,共110頁，2024年2月25日，星期天諧振條件:若不成立諧振時Z為實數,故2.諧振頻率f0第30頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3.品質因數

諧振時電感支路或者電容支路的電流幅值為外加電流源IS的

QP倍。因此，并聯諧振又稱為電流諧振。一般Q為幾十到幾百，因此信號源的電流不是很大，而支路內的電流卻是很大。第31頁,共110頁，2024年2月25日，星期天4.廣義失諧

表示回路失諧大小的量第32頁,共110頁，2024年2月25日，星期天1.諧振曲線

串聯回路用電流比來表示，并聯回路用電壓比來表示?；芈范穗妷?/p>

諧振時回路端電壓由此可作出諧振曲線

并聯振蕩回路——諧振曲線、相頻特性和通頻帶第33頁,共110頁，2024年2月25日，星期天在小失諧時：結論：第34頁,共110頁，2024年2月25日，星期天相角：2.

相頻特性

串聯電路里

是指回路電流與信號源電壓的相角差。而并聯電路是是指回路端電壓對信號源電流Is的相角差。

=

p時

=0回路呈純阻

>

p時

<0回路呈容性

<

p時

>0回路呈感性

相頻曲線如圖所示第35頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

當回路端電壓下降到最大值的時所對應的頻率范圍

即通頻帶

3.通頻帶第36頁,共110頁，2024年2月25日，星期天并聯振蕩回路——信號源內阻和負載電阻對并聯諧振回路的影響第37頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

例2-1

設一放大器以簡單并聯振蕩回路為負載,信號中心頻率fs=10MHz,回路電容C=50pF,(1)試計算所需的線圈電感值。

(2)若線圈品質因數為Q=100,試計算回路諧振電阻及回路帶寬。

(3)若放大器所需的帶寬B=0.5MHz,則應在回路上并聯多大電阻才能滿足放大器所需帶寬要求?

解

(1)計算L值。由式(2—2),可得第38頁,共110頁，2024年2月25日，星期天將f0以兆赫茲(MHz)為單位,Ｃ以皮法(pF)為單位,L以微亨（μH）為單位，上式可變?yōu)橐粚嵱糜嬎愎?將f0=fs=10MHz代入,得(2)回路諧振電阻和帶寬。由式(2—12)第39頁,共110頁，2024年2月25日，星期天回路帶寬為(3)求滿足0.5MHz帶寬的并聯電阻。設回路上并聯電阻為R1,并聯后的總電阻為R1∥R0,總的回路有載品質因數為QL。由帶寬公式,有此時要求的帶寬B=0.5MHz,故回路總電阻為第40頁,共110頁，2024年2月25日，星期天需要在回路上并聯7.97kΩ的電阻。第41頁,共110頁，2024年2月25日，星期天例1：有一并聯諧振回路如圖，并聯回路的無載Q值Qp=80，諧振電阻Rp=25k

，諧振頻率fo=30MHz，信號源電流幅度Is=0.1mA(1)若信號源內阻Rs=10k，當負載電阻RL不接時，問通頻帶B和諧振時輸出電壓幅度Vo是多少？(2)若Rs=6k，RL=2k，求此時的通頻帶B和Vo是多少？解：(1)∵

Rs=10k

，而(2)

故并聯電阻愈小，即QL越低，通帶愈寬。

第42頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

串聯諧振回路并聯諧振回路阻抗或導納

諧振頻率

品質因數Q

通頻帶B=相頻特性曲線

失諧時阻抗特性

>

0，x>0回路呈感性

<0，x<0回路呈容性

>

p，B>0回路呈容性

<p，B<0回路呈感性

諧振電阻最小=R最大有載Q值z=R+jx=R+j(L-

)=廣義失諧系數

：諧振曲線：第43頁,共110頁，2024年2月25日，星期天接入系數P即為抽頭點電壓與端電壓的比根據能量等效原則：由于,因此P是小于1的正數，即R<R0

即由高抽頭向低抽頭轉換時，等效阻抗降低為原來的p2倍。2抽頭并聯振蕩回路

接入系數：

因此第44頁,共110頁，2024年2月25日，星期天1)激勵源與回路的電感部分連接在不考慮之間的互感M時:★當抽頭改變時,p值改變,可以改變回路在db兩端的等效阻抗當考慮和之間的互感M時接入系數L1L2第45頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2)

激勵源與回路的電容部分連接對于電容抽頭電路而言,接入系數應該指出接入系數或都是假定窄帶高Q，回路處于諧振或失諧不大，流過電容或電感的電流比外部電流大得多時才成立。

第46頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3)負載電阻或電容的折合

結論：1、抽頭改變時，或、的比值改

變，即P改變2、抽頭由低

高，等效導納降低P2倍，Q值提高許

多，即等效電阻提高了倍，并聯電阻加大，Q

值提高。電容減小，阻抗加大。第47頁,共110頁，2024年2月25日，星期天圖2—9幾種常見抽頭振蕩回路

L1L2L1L2L1L2第48頁,共110頁，2024年2月25日，星期天4)電流源的折合右圖表示電流源的折合關系。因為是等效變換，變換前后其功率不變。

★電壓源和電流源的變比是而不是

從ab端到bd端電壓變換比為1/P，在保持功率相同的條件下，電流變換比就是P倍。即由低抽頭向高抽頭變化時，電流源減小了P倍。由于第49頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

因此，抽頭的目的是：減小信號源內阻和負載對回路和影響。負載電阻和信號源內阻小時應采用串聯方式；負載電阻和信號源內阻大時應采用并聯方式；負載電阻信號源內阻不大不小采用部分接入方式。第50頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

例2-2

如圖2—11，抽頭回路由電流源激勵,忽略回路本身的固有損耗,試求回路兩端電壓u(t)的表示式及回路帶寬。

圖2—11例2的抽頭回路

第51頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

解由于忽略了回路本身的固有損耗,因此可以認為Q→∞。由圖可知,回路電容為諧振角頻率為電阻R1的接入系數等效到回路兩端的電阻為第52頁,共110頁，2024年2月25日，星期天回路兩端電壓u(t)與i(t)同相,電壓振幅U=IR=2V,故輸出電壓為回路有載品質因數回路帶寬第53頁,共110頁，2024年2月25日，星期天三、石英晶體諧振器

1.物理特性石英是礦物質硅石的一種（也可人工制造），化學成分是SiO2，其形狀為結晶的六角錐體。圖(a)表示自然結晶體，圖(b)表示晶體的橫截面。為了便于研究，人們根據石英晶體的物理特性，在石英晶體內畫出三種幾何對稱軸，連接兩個角錐頂點的一根軸ZZ，稱為光軸，在圖(b)中沿對角線的三條XX軸，稱為電軸，與電軸相垂直的三條YY軸，稱為機械軸。第54頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

沿著不同的軸切下，有不同的切型，X切型、Y切型、AT切型、BT、CT……等等。石英晶體具有正、反兩種壓電效應。當石英晶體沿某一電軸受到交變電場作用時，就能沿機械軸產生機械振動，反過來，當機械軸受力時，就能在電軸方向產生電場。且換能性能具有諧振特性，在諧振頻率，換能效率最高。

石英晶體和其他彈性體一樣，具有慣性和彈性，因而存在著固有振動頻率，當晶體片的固有頻率與外加電源頻率相等時，晶體片就產生諧振。第55頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2.等效電路及阻抗特性

石英片相當一個串聯諧振電路，可用集中參數Lq、Cq、rq來模擬，Lq為晶體的質量（慣性），Cq

為等效彈性模數，rg

為機械振動中的摩擦損耗。

右圖表示石英諧振器的基頻等效電路。電容C0稱為石英諧振器的靜電容。其容量主要決定于石英片尺寸和電極面積。

一般C0在幾PF~幾十PF。式中

—石英介電常數，s—極板面積，d—石英片厚度接入系數第56頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

石英晶體的特點是：①等效電感Lq特別大、等效電容Cq特別小，因此，石英晶體的Q值很大，一般為幾萬到幾百萬。這是普通LC電路無法比擬的。

②由于，這意味著等效電路中的接入系數很小，因此外電路影響很小。第57頁,共110頁，2024年2月25日，星期天石英諧振器的等效電抗（阻抗特性）石英晶體有兩個諧振角頻率。一個是左邊支路的串聯諧振頻率fq，即石英片本身的自然頻率。另一個為石英諧振器的并聯諧振頻率fp。串聯諧振頻率

并聯諧振頻率

顯然

接入系數P很小，一般為10-3數量級，所以fp與fq很接近。第58頁,共110頁，2024年2月25日，星期天上式忽略rq后可簡化為

當

=

q時z0=0Lq、Cq串諧諧振，當=

p，z0=，回路并諧諧振。當為容性。當時,jx0為感性。其電抗曲線如圖所示。

第59頁,共110頁，2024年2月25日，星期天并不等于石英晶體片本身的等效電感Lq。石英晶體濾波器工作時，石英晶體兩個諧振頻率之間感性區(qū)的寬度決定了濾波器的通帶寬度。必須指出，在

q與

p的角頻率之間，諧振器所呈現的等效電感第60頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)電子噪聲及其特性

噪聲是一種隨機信號，其頻譜分布于整個無線電工作頻率范圍，因此它是影響各類接收機性能的主要因素之一。一、定義和分類

定義：干擾（或噪聲），指除有用信號以外的一切不需要的信號及各種電磁騷動的總稱。外部干擾自然：天電干擾，宇宙干擾，大地干擾人為：工業(yè)干擾，電臺干擾，無線電器干擾內部噪聲自然：熱噪聲，散粒噪聲人為：接觸不良噪聲分類：第61頁,共110頁，2024年2月25日，星期天二、電子噪聲的來源與特性

理論上說，任何電子線路都有電子噪聲，但是因為通常電子噪聲的強度很弱，因此它的影響主要出現在有用信號比較弱的場合，在電子線路中，噪聲來源主要有兩方面：電阻熱噪聲和半導體管噪聲，兩者有許多相同的特性。

1電阻的熱噪聲內部噪聲主要由電阻、諧振電路和電子器件內部所具有的帶電微粒無規(guī)則運動所產生的。電阻由導體等材料組成，導體內的自由電子在一定的溫度下總是處于“無規(guī)則”的熱運動狀態(tài)，這種熱運動的方向和速度都是隨機的。自由電子的熱騷動在導體內形成非常弱的電流。第62頁,共110頁，2024年2月25日，星期天由于en（Un）呈現正態(tài)分布，所以又稱其為高斯噪聲第63頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

電阻熱噪聲作為一種起伏噪聲，具有極寬的頻譜，從零頻一直延伸到1013Hz以上的頻率，而且它的各個頻率分量的強度是相等的。這種頻譜與白色光的光譜類似，因此將具有均勻連續(xù)的噪聲叫做白噪聲，電阻的熱噪聲就是一種白噪聲。第64頁,共110頁，2024年2月25日，星期天1)熱噪聲電壓和功率譜密度在單位頻帶內，電阻所產生的熱噪聲電壓的均方值為均方電壓譜密度式中，k為玻耳茲曼常數，為1.37×10-23J/K；B為測量此電壓時的帶寬；T為熱力學溫度，單位為K均方電流譜密度最大噪聲功率(額定功率)kTB噪聲功率譜密度kT第65頁,共110頁，2024年2月25日，星期天電阻熱噪聲等效電路第66頁,共110頁，2024年2月25日，星期天2)線性電路中的熱噪聲

①電阻熱噪聲通過兩電阻串聯②熱噪聲通過線性網絡結論：對于線性網絡產生的熱噪聲功率譜密度等效為網絡的總等效電阻產生的熱噪聲功率譜密度。第67頁,共110頁，2024年2月25日，星期天例：并聯回路的熱噪聲法一：第68頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

并聯回路可以等效為Re+jXe（圖（c））,現在看上述輸出噪聲譜密度與Re、Xe的關系。展開化簡后得可得，結論：對于線性網絡產生的熱噪聲功率譜密度等效為網絡的總等效電阻產生的熱噪聲功率譜密度。法二：第69頁,共110頁，2024年2月25日，星期天結論：（1）對于純電阻網絡，各個電阻產生的熱噪聲大小等效為網絡的總等效電阻產生的熱噪聲（包括均方噪聲電壓、電流或功率）。（2）純電阻網絡或電阻產生的最大噪聲功率，即額定噪聲功率為kTB。（3）對于線性網絡產生的熱噪聲功率譜密度等效為網絡的總等效電阻產生的熱噪聲功率譜密度，其均方噪聲電壓帶寬由線性系統(tǒng)的帶寬決定。第70頁,共110頁，2024年2月25日，星期天等效噪聲帶寬Bn為（2—58）

3)

噪聲帶寬第71頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

以圖2-33的單振蕩回路為例,計算其等效噪聲帶寬。設回路為高Q電路,設諧振頻率為f0，Δf為相對于f0的頻偏，由此可得等效噪聲帶寬為己知并聯回路的3dB帶寬為B

0.7=f0/Q,故第72頁,共110頁，2024年2月25日，星期天晶體管的噪聲通常比電阻的熱噪聲大得多，其來源主要有四個方面

熱噪聲散粒（散彈）噪聲分配噪聲

1/f噪聲(閃爍噪聲)

2晶體三極管的噪聲第73頁,共110頁，2024年2月25日，星期天1).散彈（粒）噪聲在晶體管的PN結中（包括二極管的PN結），每個載流子都是隨機地通過PN結的（包括隨機注入、隨機復合）。大量載流子流過結時的平均值（單位時間內平均）決定了它的直流電流I0，因此真實的結電流是圍繞I0起伏的。這種由于載流子隨機起伏流動產生的噪聲稱為散彈噪聲，或散粒噪聲。第74頁,共110頁，2024年2月25日，星期天因為散彈噪聲和電阻熱噪聲都是白噪聲，前面關于熱噪聲通過線性系統(tǒng)的分析對散彈噪聲也完全適用。這包括均方相加的原則，通過四端網絡的計算以及等效噪聲帶寬等。

晶體管中有發(fā)射結和集電結，因為發(fā)射結工作于正偏，結電流大。而集電結工作于反偏，除了基極來的傳輸電流外，只有反向飽和電流（它也產生散彈噪聲）。因此發(fā)射結的散彈噪聲起主要作用，而集電結的噪聲可以忽略。第75頁,共110頁，2024年2月25日，星期天晶體管中通過發(fā)射結的少數載流子，大部分由集電極收集，形成集電極電流，少數部分載流子被基極流入的多數載流子復合，產生基極電流。由于基極中載流子的復合也具有隨機性，即單位時間內復合的載流子數目是起伏變化的。晶體管的電流放大系數α、β只是反映平均意義上的分配比。這種因分配比起伏變化而產生的集電極電流、基極電流起伏噪聲，稱為晶體管的分配噪聲。

分配噪聲本質上也是白噪聲，但由于渡越時間的影響，響當三極管的工作頻率高到一定值后，這類噪聲的功率譜密度將隨頻率的增加而迅速增大。2).分配噪聲第76頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3).閃爍噪聲由于半導體材料及制造工藝水平造成表面清潔處理不好而引起的噪聲稱為閃爍噪聲。它與半導體表面少數載流子的復合有關，表現為發(fā)射極電流的起伏，其電流噪聲譜密度與頻率近似成反比，又稱1/f噪聲。因此，它主要在低頻（如幾千赫茲以下）范圍起主要作用。這種噪聲也存在于其他電子器件中，某些實際電阻器就有這種噪聲。晶體管在高頻應用時，除非考慮它的調幅、調相作用，這種噪聲的影響也可以忽略。第77頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3場效應管噪聲在場效應管中，由于其工作原理不是靠少數載流子的運動，因而散彈噪聲的影響很小。場效應管的噪聲有以下幾個方面的來源：溝道電阻產生的熱噪聲，溝道熱噪聲通過溝道和柵極電容的耦合作用在柵極上的感應噪聲，閃爍噪聲。

必須指出，前面討論的晶體管中的噪聲，在實際放大器中將同時起作用并參與放大。有關晶體管的噪聲模型和晶體管放大器的噪聲比較復雜，這里就不討論了。第78頁,共110頁，2024年2月25日，星期天一、怎樣衡量噪聲性能的好壞？問題一：一個設備的噪聲性能能否只用設備的輸出噪聲功率No的大小做為衡量的標準？

研究噪聲的目的在于如何減少它對信號的影響。因此，離開信號談噪聲是無意義的。

從噪聲對信號影響的效果看，不在于噪聲電平絕對值的大小，而在于信號功率與噪聲功率的相對值，即信噪比，記為S／N（信號功率與噪聲功率比）。即便噪聲電平絕對值很高，但只要信噪比達到一定要求，噪聲影響就可以忽略。否則即便噪聲絕對電平低，由于信號電平更低，即信噪比低于1，則信號仍然會淹沒在噪聲中而無法辨別。因此信噪比是描述信號抗噪聲質量的一個物理量。第四節(jié)噪聲系數和噪聲溫度第79頁,共110頁，2024年2月25日，星期天問題二：是否可以用信噪比來衡量一個設備的噪聲性能？回答：不合適！信噪比只能說明信號的質量，不能反映該設備對信號質量的影響。其中：Si

—放大器的輸入信號功率

So—放大器的輸出信號功率

Ni

—放大器的輸入噪聲功率

No—放大器的輸出噪聲功率

Na—放大器的內部噪聲功率

KP—放大器的功率放大倍數

NF—噪聲系數用信號通過放大器前后信噪比的變化來表示該網絡的噪聲性能是一種比較合適的方法。第80頁,共110頁，2024年2月25日，星期天噪聲系數的定義噪聲系數可由下式表示要描述放大系統(tǒng)的固有噪聲的大小，就要用噪聲系數，其定義為（2-60）因為（2-61）（2-62）Na越大，NF越大NF>1第81頁,共110頁，2024年2月25日，星期天噪聲系數的定義噪聲系數用dB表示：理想無噪系統(tǒng)的噪聲系數為0dB第82頁,共110頁，2024年2月25日，星期天已知噪聲功率是與帶寬B相聯系的。噪聲系數與輸入信號大小無關。定義：Ni為信號源內阻Rs的最大輸出功率，為kTB噪聲系數的大小與四端網絡輸出端的匹配情況無關噪聲系數的定義只適用于線性或準線性電路第83頁,共110頁，2024年2月25日，星期天信噪比與負載的關系設信號源內阻為RS，信號源的電壓為US（有效值），當它與負載電阻RL相接時，在負載電阻RL上的信噪比計算如下：信號源內阻噪聲在RL上的功率在負載兩端的信噪比結論：信號源與任何負載相接本不影響其輸入端信噪比，即無論負載為何值，其信噪比都不變，其值為負載開路時的信號電壓平方與噪聲電壓均方值之比。在負載兩端的信噪比信號源在RL上的功率第84頁,共110頁，2024年2月25日，星期天1.用額定功率和額定功率增益表示的噪聲系數放大器輸入信號源電路如圖所示。任何信號源加上負載后，其信噪比與負載大小無關，信噪比均為信號均方電壓（或電流）與噪聲均方電壓（或電流）之比。放大器的噪聲系數NF為Psmi和Psmo分別為放大器的輸入和輸出額定信號功率，Nmi和Nmo分別為放大器的輸入和輸出額定噪聲功率，Kpm為放大器的額定功率增益。以額定功率表示的噪聲系數二.、噪聲系數的計算

第85頁,共110頁，2024年2月25日，星期天額定功率,

又稱資用功率或可用功率,是指信號源所能輸出的最大功率,它是一個度量信號源容量大小的參數,是信號源的一個屬性,它只取決于信號源本身的參數——內阻和電動勢,與輸入電阻和負載無關,如圖所示。（a）電壓源;（b）電流源第86頁,共110頁，2024年2月25日，星期天放大器的噪聲系數NF為對于無源二端口網絡，輸出端匹配時，輸出的額定噪聲功率Nmo=kTB,所以噪聲系數:因為Nmi=kTB,

第87頁,共110頁，2024年2月25日，星期天抽頭回路的噪聲系數將信號源電導等效到回路兩端,為p2gS,等效到回路兩端的信號源電流為pIS,輸出端匹配時信號源的最大輸出功率，即二端網絡輸出端最大功率為：

輸入端信號源的最大輸出功率,即二端網絡最大輸入功率為：因此,網絡的噪聲系數為第88頁,共110頁，2024年2月25日，星期天例1求如圖所示虛線所含網絡噪聲系數。方法一：額定功率增益法＋US－第89頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第90頁,共110頁，2024年2月25日，星期天方法二：開路電壓法（戴維南定理）＋Un－第91頁,共110頁，2024年2月25日，星期天第92頁,共110頁，2024年2月25日，星期天根據定義,級聯后總的噪聲系數為2.級聯網絡噪聲系數式中,No為總輸出額定噪聲功率,它由三部分組成:經兩級放大的輸入信號源內阻的熱噪聲;經第二級放大的第一級網絡內部的附加噪聲;第二級網絡內部的附加噪聲,即第93頁,共110頁，2024年2月25日，星期天按噪聲系數的表達式,Na1和Na2可分別表示為則將上式代入式（2—76）,得(2—77)第94頁,共110頁，2024年2月25日，星期天用同樣的方法不難推出多級級聯網絡的噪聲系數的公式為(2—78)從式(2—78)可以看出,當網絡的額定功率增益遠大于1時,系統(tǒng)的總噪聲系數主要取決于第一級的噪聲系數。越是后面的網絡,對噪聲系數的影響就越小,這是因為越到后級信號的功率越大,后面網絡內部噪聲對信噪比的影響就不大了。因此,對第一級來說,不但希望噪聲系數小,也希望增益大,以便減小后級噪聲的影響。第95頁,共110頁，2024年2月25日，星期天例2-3下圖是一接收機的前端電路,高頻放大器和場效應管混頻器的噪聲系數和功率增益如圖所示。試求前端電路的噪聲系數(設本振產生的噪聲忽略不計)。第96頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

解將圖中的噪聲系數和增益化為倍數,有因此,前端電路的噪聲系數為第97頁,共110頁，2024年2月25日，星期天3噪聲系數與靈敏度

噪聲系數是用來衡量部件(如放大器)和系統(tǒng)(如接收機)噪聲性能的。而噪聲性能的好壞，又決定了輸出端的信號噪聲功率比(當信號一定時)。同時，當要求一定的輸出信噪比時，它又決定了輸入端必需的信號功率，也就是說決定放大或接收微弱信號的能力。對于接收機來說，接收微弱信號的能力，可以用一重要指標——靈敏度來衡量。所謂靈敏度就是保持接收機輸出端信噪比一定時，接收機輸入的最小電壓或功率(設接收機有足夠的增益)。第98頁,共110頁，2024年2月25日，星期天例3某電視接收機，正常接受時所需的最小信噪比為20dB，電視接收機的帶寬為6MHz，接收機的前端噪聲系數為10，若信號源內阻為75Ω，問接收機前端輸入的信號靈敏度應多大？解：一般接收機前端增益有10～20dB，所以前端的噪聲系數為接收機噪聲系數10。據噪聲系數的定義，可得：在多級網絡級連中，信號的通頻帶近似等于噪聲帶寬，則輸入的額定噪聲功率為：第99頁,共110頁，2024年2月25日，星期天則，要求輸入的信號功率為：而，功率匹配時：討論：提高靈敏度的方法①降低接收機的噪聲系數；②降低接收機前端設備的溫度T靈敏度（用功率表示）也可表示為：第100頁,共110頁，2024年2月25日，星期天四、噪聲溫度

將線性電路的內部附加噪聲折算到輸入端,此附加噪聲可以用提高信號源內阻上的溫度來等效,這就是“噪聲溫度”。設等效到輸入端的附加噪聲為Na/KP,令增加的溫度為Te,即噪聲溫度,可得這樣,多級放大器的等效噪聲溫度為：第101頁,共110頁，2024年2月25日，星期天降低噪聲系數的措施

根據上面所討論的結果，有3種經常采用的減小噪聲系數的措施。選用低噪聲器件和元件正確選擇晶體管放大級的直流工作點3.選擇合適的信號源內阻第102頁,共110頁，2024年2月25日，星期天

本節(jié)討論的內容是學習通信電子線路的重要基礎。

1.各種形式的選頻網絡在通信電子線路中得到廣泛